并联型有源电力滤波器应用实例-建筑电气2009.9
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【摘要】阐述了配电系统中日趋严重的谐波污染给配电系统高效运行所带来的各方面的问题，在此基础上，介绍了Sinexcel并联型有源电
文本预览
建 筑电乞。
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2口口9年第9期l ELECTRIC|TY
并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 应 用 实 例
袁 敞 (深圳市盛弘电气有限公司，广东省深圳市 518054)
李 军 (艾默生网络能源有限公司，广东省深圳市 518057)
Application Examples of Parallel Connection Active Power Filters
Yuan Chang (Shenzhen Sinexcel Electric Co．，Ltd．，Shenzhen 518054，Guangdong Province，China)
Li Jun(Emerson Network Power Co．，Ltd．，Shenzhen 518057，Guangdong Province，China)
Abstract In this paper， the increasingly serious 电系统的工作效率。无源电力滤波器是传统的补偿无
problems of the harmonic pollution to the efficient 功和抑制谐波的主要手段，通常是由电容、电感和电
operation of power distribution system are introduced．On
阻等无源元件构成。无源补偿成本较低，但存在着滤
this basis， the basic principles of Sinexcel parallel
波效果差 、容易与电网阻抗发生谐振的缺点 。与无
connection active power filters are introduced， and
源滤波器相比较，并联型有源电力滤波器以其卓越
finally，combined with examples，the improvement of the
的补偿性 能和潜在 的价格优势成为人们关注 和研
efficiency to the power distribution system brought about by
the parallel connection active power filter is illustrated． 究 的热点 l1]。并联型有源电力滤波器与负载并联 ，
Key words Power distribution system Harmonic 适用于解决非线性负载所产生的谐波电流问题。
pollution ParOle1 connection active power filter
2 谐波电流污染与配电系统效率的关系
摘 要 阐述了配电系统中日趋严重的谐波污染 谐波电流污染对配电系统效率的影响主要分为以
给配电系统高效运行所带来的各方面的问题．在此基 下几个方面：
础上．介绍了Sinexcel并联型有源电力滤波器的基本 a．谐波电流占用容量。容量的占用主要分为变
原理。最后结合实例说明并联型有源电力滤波器给配 压器容量占用 、输电线缆容量占用和开关容量 占用。
电系统所带来的效率提升。 对于变压器而言 ，由于存在集肤效应 ，变压器绕组
关键词 配电系统 谐波污染 并联型有源电力 的阻抗随谐波次数的增大而增大，变压器磁滞损耗
滤波器 与谐波频率成正比，变压器涡流损耗与谐波频率的
平方成正比。这些因素都会导致变压器的额外损耗
和温升 ，因此当负载电流中存在较大谐波成分时变
1 引言
压器必须降容使用。具体变压器出力降低细则见
随着电力电子技术的迅速发展 ．越来越多的电力 《施加非正弦负载电流时变压器性能确定的推荐实施
电子装置在配电系统中得到了广泛的应用。这些电力 规程》 (ANSI／IEEE C 57．110)[21。对于输电线缆
电子设备的效率日趋提高，并以其灵活可控的特性逐 而言，同样存在集肤效应，存在由谐波电流引起的
渐成为功率变换和调节的一个不可或缺的重要环节。 额外温升而导致的降容问题。对于开关而言．无论
但与此同时，由电力电子装置的非线性本质所引发的 是热磁式还是电子式，当所承载电流中谐波成分较
电能质量问题也日益受到人们的关注。另一方面，各 大时，都必须降容使用。
种对电能质量要求严格的敏感负载应用也在飞速发 b．谐波电流增加损耗。谐波电流引发的额外损
展，如计算机、工控设备、精密机床等等。在电力电 耗主要集中在变压器和输电线缆上，不再赘述。值得
子装置引发的电能质量问题中，谐波污染给配电系统 一 提的是，3和3的倍数次谐波电流将在系统中性线
带来了多方面的不利影响，很多场合下严重影响了配 上叠加，不仅导致损耗严重，中性线过热还是严重的火灾隐患。
c． 谐波电流引发谐振。系统发生谐振的必要条
件有两个 ：谐振回路和谐振源。电网系统等值阻抗通
常表现为感性。而用于功率因数校正的并联电容器阻
抗为容性，这就构成了一个基本谐振回路 ，在某一特
定频率处．并联电容器与系统感抗可能产生谐振。而
配电系统 中的负载谐波源就扮演了谐振源的角色 。
从谐波源负载处看 。无功补偿电容器和系统感抗为 CDc
并联关系，在某一特定频率处阻抗值很高，如果负
载所产生的某次谐波电流的频率恰好与这个谐振频
率接近。公共连接点处将 出现严重的谐波电压放大
问题 ，产生并联谐振 ，进而引发电容器及配套器件
图 1 三相并联型有源电力滤波器系统结构
损毁．甚至导致危及系统供电安全的严重事故。 Fig．1 System structure of three-phase parallel
connection active power filter
3 并联型有源电力滤波器介绍
根据功率相等的原则 ，把三相电压 、电流变换到两
并联型有源电力滤波器是用于解决谐波问题的先
相正交轴系。在正交轴系中区分为实功和虚功两个
进电力电子设备。通过外部电流互感器，实时检测负
分量 ．实功和虚功的脉动部分对应着谐波功率 ，虚
载电流 ，并通过内部 DSP (数字信号处理器)计算 ，
功的恒定部分对应着无功 。由电流与功率的对应关
提取出负载电流中的谐波成分 ，然后输 出 PWM (脉
系可以计算出两相系统的无功和谐波电流，并以此
宽调制)信号给内部IGBT(绝缘栅双极晶体管)，使
作为有源电力滤波器 的输出电流指令。这种方法的优
逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，相位相反
点是响应速度较快，缺点是要求三相平衡 ，不适用于
的谐波电流注入到电网中，使得流入电网的电流为纯
不平衡或单相的场合。
净的正弦波电流，从而达到滤波的目的。
4 有源电力滤波器应用实例分析
三相并联型有源电力滤波器最常见的系统结构
如 图 1所示 ．主电路基于电压型 PWM桥式整流电
4．1 系统情况简介
路 (由开关 管 S。 、S： 、S S。 、S： 、S 和滤波
某工厂配电系统示意图如图 2所示。图中的老化
电容 C。 )，经滤波电抗器 (L。、L：、L )，滤除高频 测试架一般为分层式结构，抽屉式安装，通过负载放
开关频率纹波后并接到电网。可以控制有源电力滤 电来模拟通信电源产品在不同环境条件下的使用。系
波器使得并联支路产生相应 的谐波电流 ，以补偿负 统中的回馈负载用于将老化测试架上的通信电源产品
载的谐波电流 ，保证电网电流不受谐波污染。 输出的能量返送回电网。系统内存在大量变频器等非
有源电力滤波器工作时需要对谐波电流进行实 线性负载，及通信电源产品等谐波含量丰富的负载，
时检测 。因此高性能、快速 、简单的谐波检测方法 谐波污染严重。
一 直是控制方法研究中的重点内容之一 。谐波检测 空调用变频器谐波主要分布在 6 k±1次，以5
通常计算量较大 ，需要使用高速的数字信号处理器 次、7次为主；通信电源产品产生的谐波电流主要以
(DSP)和高性能模数转换器 (ADC)。现在主流的谐 奇次谐波为主，含量最大的是 3次谐波，谐波电流同
波检测算法主要有快速傅里叶变换法和瞬时无功功 时还给配电系统带来了一定程度的不平衡问题。谐波
率理论法。快速傅里叶变换法利用传统傅里叶变换 导致变压器、电缆发热严重 ，容量 占用，损耗突出。
求取各次谐波含量和相位，优点是可以分相计算， 由谐波引发的变压器振动、噪音问题明显。
缺点是有一个工频周期的延时。瞬时无功功率法借 4．2 并联型有源电力滤波器应用前后对比
助于 Hirofumi Akagi等提 出的 瞬时无功功 率理论 ， 经过综合比较各种滤波方案及各款有源电力滤波
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并联型有源电力滤波器应用实例(主垃 辛建 裁电乞。
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并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 应 用 实 例
袁 敞 (深圳市盛弘电气有限公司，广东省深圳市 518054)
李 军 (艾默生网络能源有限公司，广东省深圳市 518057)
Application Examples of Parallel Connection Active Power Filters
Yuan Chang (Shenzhen Sinexcel Electric Co．，Ltd．，Shenzhen 518054，Guangdong Province，China)
Li Jun(Emerson Network Power Co．，Ltd．，Shenzhen 518057，Guangdong Province，China)
Abstract In this paper， the increasingly serious 电系统的工作效率。无源电力滤波器是传统的补偿无
problems of the harmonic pollution to the efficient 功和抑制谐波的主要手段，通常是由电容、电感和电
operation of power distribution system are introduced．On
阻等无源元件构成。无源补偿成本较低，但存在着滤
this basis， the basic principles of Sinexcel parallel
波效果差 、容易与电网阻抗发生谐振的缺点 。与无
connection active power filters are introduced， and
源滤波器相比较，并联型有源电力滤波器以其卓越
finally，combined with examples，the improvement of the
的补偿性 能和潜在 的价格优势成为人们关注 和研
efficiency to the power distribution system brought about by
the parallel connection active power filter is illustrated． 究 的热点 l1]。并联型有源电力滤波器与负载并联 ，
Key words Power distribution system Harmonic 适用于解决非线性负载所产生的谐波电流问题。
pollution ParOle1 connection active power filter
2 谐波电流污染与配电系统效率的关系
摘 要 阐述了配电系统中日趋严重的谐波污染 谐波电流污染对配电系统效率的影响主要分为以
给配电系统高效运行所带来的各方面的问题．在此基 下几个方面：
础上．介绍了Sinexcel并联型有源电力滤波器的基本 a．谐波电流占用容量。容量的占用主要分为变
原理。最后结合实例说明并联型有源电力滤波器给配 压器容量占用 、输电线缆容量占用和开关容量 占用。
电系统所带来的效率提升。 对于变压器而言 ，由于存在集肤效应 ，变压器绕组
关键词 配电系统 谐波污染 并联型有源电力 的阻抗随谐波次数的增大而增大，变压器磁滞损耗
滤波器 与谐波频率成正比，变压器涡流损耗与谐波频率的
平方成正比。这些因素都会导致变压器的额外损耗
和温升 ，因此当负载电流中存在较大谐波成分时变
1 引言
压器必须降容使用。具体变压器出力降低细则见
随着电力电子技术的迅速发展 ．越来越多的电力 《施加非正弦负载电流时变压器性能确定的推荐实施
电子装置在配电系统中得到了广泛的应用。这些电力 规程》 (ANSI／IEEE C 57．110)[21。对于输电线缆
电子设备的效率日趋提高，并以其灵活可控的特性逐 而言，同样存在集肤效应，存在由谐波电流引起的
渐成为功率变换和调节的一个不可或缺的重要环节。 额外温升而导致的降容问题。对于开关而言．无论
但与此同时，由电力电子装置的非线性本质所引发的 是热磁式还是电子式，当所承载电流中谐波成分较
电能质量问题也日益受到人们的关注。另一方面，各 大时，都必须降容使用。
种对电能质量要求严格的敏感负载应用也在飞速发 b．谐波电流增加损耗。谐波电流引发的额外损
展，如计算机、工控设备、精密机床等等。在电力电 耗主要集中在变压器和输电线缆上，不再赘述。值得
子装置引发的电能质量问题中，谐波污染给配电系统 一 提的是，3和3的倍数次谐波电流将在系统中性线
带来了多方面的不利影响，很多场合下严重影响了配 上叠加，不仅导致损耗严重，中性线过热还是严重的火灾隐患。
c． 谐波电流引发谐振。系统发生谐振的必要条
件有两个 ：谐振回路和谐振源。电网系统等值阻抗通
常表现为感性。而用于功率因数校正的并联电容器阻
抗为容性，这就构成了一个基本谐振回路 ，在某一特
定频率处．并联电容器与系统感抗可能产生谐振。而
配电系统 中的负载谐波源就扮演了谐振源的角色 。
从谐波源负载处看 。无功补偿电容器和系统感抗为 CDc
并联关系，在某一特定频率处阻抗值很高，如果负
载所产生的某次谐波电流的频率恰好与这个谐振频
率接近。公共连接点处将 出现严重的谐波电压放大
问题 ，产生并联谐振 ，进而引发电容器及配套器件
图 1 三相并联型有源电力滤波器系统结构
损毁．甚至导致危及系统供电安全的严重事故。 Fig．1 System structure of three-phase parallel
connection active power filter
3 并联型有源电力滤波器介绍
根据功率相等的原则 ，把三相电压 、电流变换到两
并联型有源电力滤波器是用于解决谐波问题的先
相正交轴系。在正交轴系中区分为实功和虚功两个
进电力电子设备。通过外部电流互感器，实时检测负
分量 ．实功和虚功的脉动部分对应着谐波功率 ，虚
载电流 ，并通过内部 DSP (数字信号处理器)计算 ，
功的恒定部分对应着无功 。由电流与功率的对应关
提取出负载电流中的谐波成分 ，然后输 出 PWM (脉
系可以计算出两相系统的无功和谐波电流，并以此
宽调制)信号给内部IGBT(绝缘栅双极晶体管)，使
作为有源电力滤波器 的输出电流指令。这种方法的优
逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，相位相反
点是响应速度较快，缺点是要求三相平衡 ，不适用于
的谐波电流注入到电网中，使得流入电网的电流为纯
不平衡或单相的场合。
净的正弦波电流，从而达到滤波的目的。
4 有源电力滤波器应用实例分析
三相并联型有源电力滤波器最常见的系统结构
如 图 1所示 ．主电路基于电压型 PWM桥式整流电
4．1 系统情况简介
路 (由开关 管 S。 、S： 、S S。 、S： 、S 和滤波
某工厂配电系统示意图如图 2所示。图中的老化
电容 C。 )，经滤波电抗器 (L。、L：、L )，滤除高频 测试架一般为分层式结构，抽屉式安装，通过负载放
开关频率纹波后并接到电网。可以控制有源电力滤 电来模拟通信电源产品在不同环境条件下的使用。系
波器使得并联支路产生相应 的谐波电流 ，以补偿负 统中的回馈负载用于将老化测试架上的通信电源产品
载的谐波电流 ，保证电网电流不受谐波污染。 输出的能量返送回电网。系统内存在大量变频器等非
有源电力滤波器工作时需要对谐波电流进行实 线性负载，及通信电源产品等谐波含量丰富的负载，
时检测 。因此高性能、快速 、简单的谐波检测方法 谐波污染严重。
一 直是控制方法研究中的重点内容之一 。谐波检测 空调用变频器谐波主要分布在 6 k±1次，以5
通常计算量较大 ，需要使用高速的数字信号处理器 次、7次为主；通信电源产品产生的谐波电流主要以
(DSP)和高性能模数转换器 (ADC)。现在主流的谐 奇次谐波为主，含量最大的是 3次谐波，谐波电流同
波检测算法主要有快速傅里叶变换法和瞬时无功功 时还给配电系统带来了一定程度的不平衡问题。谐波
率理论法。快速傅里叶变换法利用传统傅里叶变换 导致变压器、电缆发热严重 ，容量 占用，损耗突出。
求取各次谐波含量和相位，优点是可以分相计算， 由谐波引发的变压器振动、噪音问题明显。
缺点是有一个工频周期的延时。瞬时无功功率法借 4．2 并联型有源电力滤波器应用前后对比
助于 Hirofumi Akagi等提 出的 瞬时无功功 率理论 ， 经过综合比较各种滤波方案及各款有源电力滤波
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并联型有源电力滤波器应用实例(主垃 辛建 裁电乞。
—●— —I● I—_l— I Bt_lILD1NG
2口r39年第9期I ELECTRICITY
AIGC内容描述：
在2009年9月发行的《建筑电气》杂志中，有一篇专题文章详细探讨了并联型有源电力滤波器（APF）的应用实践案例。该文章针对建筑电气领域的特定需求，深入剖析了并联型APF的工作原理与技术优势，特别是在非线性负载如空调、照明设备、变频电梯等频繁启动和运行产生的电压畸变、电流谐波以及功率因素低下等问题上的解决方案。
通过列举实际工程项目的实施过程，包括滤波器的参数设计、选型、安装位置、控制系统的选择与配置，以及在运行过程中对电网质量改善、设备保护及能源效率提升等方面的成效展示，该文章为读者提供了一种实用且有效的电力质量管理系统，帮助读者理解和掌握如何将并联型有源电力滤波器应用于现代建筑电气系统中，以实现更绿色、高效、舒适的用电环境。
